不同发酵方式对萝卜泡菜理化特性和风味的影响

云琳，毛丙永，崔树茂，唐鑫，赵建新，陈卫

(江南大学 食品学院，江苏 无锡,214122)

四川泡菜作为中国传统发酵蔬菜制品的典型代表，因其风味独特深受消费者青睐，根据制作方式主要分为卤水泡菜和盐水泡菜[1]。泡菜腌制过程主要依靠蔬菜表面乳酸菌的发酵作用[2]，优势菌群主要是乳杆菌属与明串珠菌属[3-4]，其中植物乳杆菌和肠膜明串珠菌被报道较多[5-7]。彭飞[8]研究了四川泡菜中微生物变化和代谢特性，发现肠膜明串珠菌可以启动泡菜发酵，植物乳杆菌在发酵后期生长较快，且产酸能力优于肠膜明串珠菌。JUNG等[9]利用焦磷酸测序和核磁共振技术研究了肠膜明串珠菌在泡菜发酵过程中对菌群和代谢物的影响，发现以肠膜明串珠菌作为发酵剂可以产生更多的乳酸与甘露醇，甘露醇可赋予泡菜甘甜清爽的味道[10]。

泡菜的风味包括非挥发性与挥发性物质，主要来源于蔬菜、调味料及微生物代谢[11]。非挥发性风味物质主要包括有机酸、氨基酸、糖类等，为泡菜提供酸、甜、苦、咸、鲜等滋味，而挥发性风味物质则赋予泡菜更多的香气(如果香、花香、青草香等)，这些滋味物质与香气物质使泡菜具有了独特的风味[12]。

本文以自然发酵泡菜(未接菌)作为对照，以植物乳杆菌和肠膜明串珠菌作为发酵剂制作接种发酵泡菜，同时制作卤水泡菜，研究3种不同发酵方式泡菜的理化特征与风味物质，为将来以发酵剂发酵泡菜取代自然泡菜和卤水泡菜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜的白萝卜、香辛料，购于江苏省无锡市欧尚超市。

泡菜卤水：采集于苏州市某泡菜厂，使用时间1年左右(pH 3.55，总酸质量浓度为4.2 g/L，NaCl质量分数为41 g/L，乳酸菌数为1.7×106CFU/mL)。

1.2 菌种

植物乳杆菌DJXSRYG2-L1、肠膜明串珠菌JXJ4-12，由江南大学食品生物技术菌种保藏中心提供。

1.3 试剂

吡啶、核糖醇、甲氧胺盐酸盐、N-甲基-N-(三甲基硅烷基) -三氟乙酰胺、庚酸甲酯，美国Sigma公司。

1.4 培养基

MRS培养基(g/L)：葡萄糖20，蛋白胨10，牛肉膏10，酵母5，柠檬酸氢二铵2，乙酸钠5，K2HPO42，MgSO40.58，MnSO40.25，吐温80 1 mL/L，pH 6.2～6.4。

1.5 仪器与设备

GR60DA型灭菌锅，致微(厦门)仪器有限公司；ST3100X型pH计，奥豪斯仪器(常州)有限公司；SW-CJ-2FD型超净工作台，苏州尚田洁净技术有限公司；GRP-9080型隔水式恒温培养箱，上海森信实验仪器有限公司；Thermo Trace 1310气质联用仪、Thermo TSQ 8000 Evo质谱仪，美国Thermo公司。

1.6 试验方法

1.6.1 泡菜发酵工艺

自然发酵泡菜制备：将白萝卜整理洗净并去除表皮杂质，用无菌水清洗3遍，切成约1 cm×1 cm×1 cm块状，并加入40 g/L盐水和香辛料，装坛密封发酵。

接种发酵泡菜制备：将植物乳杆菌DJXSRYG2-L1和肠膜明串珠菌JXJ4-12在MRS培养基中活化3代，离心得到菌体,用生理盐水洗涤3遍，等比例加入2种菌，终浓度约为107CFU/mL，其他工艺同自然发酵法。

卤水泡菜制备：将盐水替换为等量卤水，其他工艺同自然发酵泡菜制备流程。

所有泡菜样品均发酵120 h，从腌制之日起每24 h进行取样，测定相应指标。

1.6.2 pH的测定

取5 mL泡菜液，用pH计测定各样品的pH值。

1.6.3 总酸的测定

参考国标GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》。

1.6.4 乳酸菌总数的测定

取1 mL泡菜液，对泡菜中的乳酸菌总数进行计数，计数方法依据GB 4789.35—2016 《食品安全国家标准 食品微生物学检验 乳酸菌检验》。

1.6.5 感官评定

参照陈功[13]的方法并略作修改。对泡菜的色泽、香气、质地和滋味进行评价，评分细则见表1。

表1 泡菜感官评价评分细则

续表1

1.6.6 非挥发性风味物质的测定

取5 g泡菜加入10 mL蒸馏水，匀浆过滤，取1 mL汁液采用10 000×g离心10 min，取上清液进行衍生化处理后采用气质联用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)技术进行测定，具体衍生化方法和测定方法参照毛丙永等[14]的方法。

1.6.7 挥发性风味物质的测定

称5 g泡菜样品加入20 mL螺口进样瓶中，加入内标1 μL 庚酸甲酯(20 mg/mL)，利用固相微萃取法(solid phase micro extraction, SPME)提取泡菜样品的挥发性成分，采用GC-MS进行测定，具体提取和测定方法参照毛丙永等[14]的方法。

1.7 数据处理

采用SPSS 20.0对实验数据进行处理，采用ANOVA进行显著性分析，显著水平P<0.05，以不同字母表示，用Graphpad Prism 7.0处理作图，所有实验重复3次。

2 结果与讨论

2.1 泡菜发酵过程中pH和酸度的变化

泡菜发酵过程中pH的变化如图1-a所示。接种发酵泡菜与自然发酵泡菜初始pH均在5.0左右，发酵24 h后，接种发酵泡菜的pH降低至3.5左右，96 h趋于稳定(约3.3)，而自然发酵泡菜pH下降速率较慢，96 h后降，至3.5。卤水泡菜初始pH较低,在3.7左右，这可能是卤水循环使用积累乳酸的结果，随着发酵的进行，卤水泡菜pH变化不明显。

泡菜发酵过程中总酸的变化如图1-b所示。与pH测定结果相对应，卤水泡菜初始的总酸质量浓度最高，约4 g/L，发酵至96 h，接种发酵和自然发酵泡菜总酸的质量浓度达到5 g/L，卤水泡菜总酸质量浓度增加到8 g/L，96～120 h，3种发酵方式泡菜的总酸质量浓度均略有下降，推测可能是因为在发酵后期一些生物胺(表2)的积累所致。

a-泡菜pH的变化;b-泡菜总酸质量浓度的变化

2.2 泡菜发酵过程中乳酸菌总数的变化

泡菜发酵过程中乳酸菌总数的变化如图2所示。

图2 不同泡菜样品在发酵过程种乳酸菌总数的变化

接种发酵泡菜、卤水泡菜和自然发酵泡菜的初始乳酸菌总数分别约为107、106和105CFU/mL。随着发酵时间的增加，接种发酵泡菜与自然发酵泡菜中的乳酸菌总数在24 h达到最大，分别为8.0和7.3 lgCFU/mL，而卤水泡菜中的乳酸菌数在24 h后迅速下降，这可能是因为卤水泡菜的总酸质量浓度在24 h内增长较快(约7.5 g/L)，一些耐酸能力较差的乳酸菌难以存活，导致乳酸菌数下降，同时乳酸菌在整个发酵期间生长较慢，在72 h才达到最大值(6.3 lgCFU/mL)，这可能与卤水泡菜的高酸环境有关，在96 h总酸质量浓度已积累至10 g/L左右，远超过接种发酵泡菜和自然发酵泡菜，抑制了部分不耐酸的乳酸菌生长[15]，甚至导致乳酸菌的消亡。

2.3 泡菜的感官评定

发酵终点泡菜各感官属性如图3所示。泡菜的颜色和质构2个感官属性无显著差异；在气味和滋味方面，接种发酵泡菜和卤水泡菜之间无显著差异，均与自然发酵泡菜存在显著差异(P<0.05)；在总分方面，接种发酵泡菜显著高于自然发酵泡菜；在气味、滋味与总分评价属性方面，接种发酵泡菜评分均最高。由感官评价总分可知，接种发酵泡菜与卤水泡菜品质更优于自然发酵泡菜。

图3 泡菜样品的感官评分值

2.4 泡菜中非挥发风味物质的分析

为明确泡菜的滋味物质，采用GC-MS共测得49种非挥发性物质，其中有机酸类最多(16种)，其次为氨基酸类(12种)、醇类(7种)和糖类(7种)，此外还检出4种胺类、1种酰胺类、甘油醛和卟吩。由表2可知，泡菜中醇类物质主要是丙二醇、甘油、肌醇、甘露醇和山梨醇。醇类是泡菜中重要的甜味物质，丙二醇、甘油和甘露醇在卤水泡菜中含量均高于接种发酵泡菜和自然发酵泡菜。有研究表明[16]，卤水中除乳酸菌外还有丰富的酵母菌，蔬菜泡制初期酵母菌含量较少，随着卤水循环使用，酵母菌数量增多，可发酵泡菜中的碳水化合物产生一些醇类物质，其中甘露醇是泡菜的特征性风味物质，具有清爽的甜味，主要由异型发酵菌株利用果糖产生[10]。

有机酸是泡菜中重要的呈酸滋味物质，以乳酸最为重要，主要由乳酸菌代谢产生[17]。由表2可知，卤水泡菜中乳酸含量最高，其次为接种发酵泡菜，自然发酵泡菜中乳酸含量最低。接种发酵泡菜中接种了肠膜明串珠菌和植物乳杆菌，肠膜明串珠菌可快速启动发酵，产生乳酸、乙酸等风味物质，植物乳杆菌作为同型发酵菌株在发酵中后期可以更快地利用泡菜中的营养物质发酵产酸，这也与总酸质量浓度的测定结果一致。此外，草酸、苹果酸、柠檬酸和琥珀酸等赋予泡菜更柔和的酸味，草酸、苹果酸和柠檬酸主要来自于蔬菜，一些乳酸菌可以代谢有机酸产生风味成分[17]，如利用柠檬酸生成乙酸和草酰乙酸，草酰乙酸在酶的作用下进一步转化为琥珀酸或乳酸。

泡菜中糖类物质主要有果糖、塔格糖、葡萄糖和蔗糖，接种发酵泡菜中的果糖含量最高，卤水泡菜中最少，塔格糖和葡萄糖在3种泡菜中的含量与果糖具有相同的规律。蔗糖在3种泡菜中的含量均较低，乳酸菌对蔗糖的利用主要是先通过透性酶或磷酸葡萄糖转移酶系统将蔗糖转运到细胞内，进而分解为葡萄糖和果糖被乳酸菌利用[8]。

由表2可知，从泡菜中共测出13种氨基酸。不同的氨基酸具有不同的风味特征，如缬氨酸、丙氨酸和甘氨酸具有甜味，苏氨酸有甜鲜味，天门冬氨酸具有鲜酸风味，而亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸具有苦味[18]。除亮氨酸外，其他氨基酸在卤水泡菜中的含量均比其他2种泡菜高，这可能是卤水泡菜风味独特的重要原因之一。泡菜中微生物(主要是乳酸菌)种类不同，一些乳酸菌可利用某些代谢途径如脱羧反应、转氨反应及裂解反应生成酮类、醛类、酸类和醇类等对风味形成有重要作用的物质[19]。

表2 泡菜中非挥发风味物质的种类与含量

续表2

2.5 泡菜挥发性风味物质的分析

采用SPME/GC-MS测定3种泡菜中的香气物质，共测得51种挥发性风味物质，其中烯烃类物质最多(11种)，其次为酯类(7种)、含硫化合物(7种)和酮类(6种)，此外还有酸类(5种)和醇类(5种)等。风味物质主要有3个来源，1是蔬菜本身(如萝卜中的萜类物质[20]和大蒜中的含硫化合物[21])；2是乳酸菌发酵产生(如乙酸、乙醇、乙酸己酯等[22])；3是通过酵母菌等发酵产生[23]。香气强度不仅与香气物质的含量有关，还与其阈值有关。利用气味活度值(odor activity value, OAV)可较准确地表征挥发性风味物质的香气强度，OAV>1的物质称为香气活性物质，且OAV值越大对整体香气的贡献度也越大。根据文献[24-25]报道的阈值与GC-MS定量结果，计算OAV值，如表3所示，OAV>1的香气物质共有8种，分别为二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、柠檬烯、β-金合欢烯、2-壬酮、2-十一烷酮、芳樟醇和桉油精。

表3 不同泡菜中挥发性风味物质的含量和香气阈值

续表3

二甲基二硫醚和二甲基三硫醚是泡菜主要的香气活性物质，二甲基二硫醚在卤水泡菜中含量最高，在接种发酵泡菜中最低，而二甲基三硫醚在自然发酵泡菜中含量最高，在卤水泡菜中最低，这可能与泡菜中微生物区系有关。自然发酵泡菜依赖原料、器皿表面的微生物进行发酵，除乳酸菌外，还存在其他杂菌；经过长期的筛选作用，卤水泡菜菌群相对稳定；接种发酵泡菜中2种乳酸菌迅速成为优势菌群，抑制杂菌生长；这些微生物组成的差异造成对含硫化合物的代谢能力不同，使得3种泡菜中含量各不相同。二甲基三硫醚在所有香气活性物质中OAV值最高，表明该物质是3种泡菜中对香气强度贡献度最大的化合物，与陈功[26]等研究结果一致。

柠檬烯具有柑橘香气及柠檬香气，在卤水泡菜中的OAV值最高；β-金合欢烯具有香脂香气，但其阈值较高，只在接种发酵泡菜中对风味具有一定的贡献，在其他2种泡菜中贡献较低。2-壬酮和2-十一烷酮具有水果、花香等香气，只在接种发酵泡菜中检出。芳樟醇也是泡菜中重要的香气活性物质，具有绿茶清香与玫瑰花香，在3种泡菜中含量相差不大。桉油精是一种挥发性的萜类物质，具有清凉的桉叶香气，在接种发酵泡菜中含量最高。其他香气物质如酸类、酯类和部分醇类物质，由于阈值过高或化合物含量较低，对泡菜风味的影响很小。

这些对香气强度贡献较大的挥发性风味物质在接种发酵泡菜和卤水泡菜中含量更高，其原因可能是自然发酵泡菜发酵速度慢，在96 h总酸质量浓度才达到5 g/L，而卤水泡菜和接种发酵泡菜发酵速度快，微生物代谢活动旺盛，香气物质可更快产生，响应值更高。

3 结论

卤水泡菜初始pH最低，在3.6左右，接种发酵泡菜在24 h内pH降到3.5左右，且在24 h乳酸菌数达到最高，约108CFU/mL。在感官评价方面，接种发酵泡菜与卤水泡菜间感官评价差异不显著，评分均比自然发酵泡菜高，表明植物乳杆菌与肠膜明串珠菌复配发酵泡菜具有同卤水泡菜一样良好的品质。

经过GC-MS分析，卤水泡菜中丙二醇、甘油和甘露醇等醇类物质，氨基酸和乳酸含量更高，接种发酵泡菜中果糖、塔格糖和蔗糖等糖类物质含量较高，自然发酵泡菜中非挥发风味物质的含量介于卤水泡菜和接种发酵泡菜之间。

通过SPME/GC-MS分析，主要的香气活性物质共8种，分别为二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、柠檬烯、β-金合欢烯、2-壬酮、2-十一烷酮、芳樟醇和桉油精，其中二甲基三硫醚是3种泡菜中对香气强度贡献度最大的化合物。这些主要挥发性风味物质的种类在接种发酵泡菜中最丰富，但接种发酵泡菜与卤水泡菜之间代谢物种类与含量存在差异的原因与机制，有待进一步的研究。